Công nghệ sinh học - công nghệ của tương lai

Sự xuất hiện của các sản phẩm chứa hóa chất độc hại trong đời sống là một trong những nguyên nhân làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm, sức khỏe con người bị đe dọa. Trong bối cảnh đó, công nghệ sinh học (CNSH) ra đời như một cứu cánh hoàn hảo cho con người trong việc giải quyết vấn đề môi trường, bảo vệ sức khỏe và góp phần mang lại cuộc sống an toàn cho người dân.

CNSH là ngành được xây dựng dựa trên hệ thống các sinh vật sống hoặc các tổ chức sống nhằm sản xuất và tạo ra các sản phẩm công nghệ dựa trên ngành sinh học, đặc biệt được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, khoa học thực phẩm, và dược phẩm, phục vụ cho nhu cầu và cuộc sống của con người đồng thời phát triển kinh tế - xã hội cùng các sảm phẩm thân thiện với môi trường.

Cụm từ CNSH được Karlerky đưa ra năm 1917,dựa trên nền tảng khoa học về sự sống với sự kết hợp giữa quy trình nghiên cứu và thiết bị kỹ thuật nhằm tạo ra các quy mô công nghệ khai thác các hoạt động sống của vi sinh vật, tế bào thực vật và động vật nhằm sản xuất ở quy mô công nghiệp các sản phẩm sinh học có chất lượng cao.

CNSH tham gia vào nhiều lĩnh vực như: tin sinh học- lĩnh vực đa ngành giải quyết vấn đề sinh học bằng cách sử dụng các kỹ thuật tính; CNSH lam- ứng dụng trong hàng hải và thủy sản; CNSH xanh- áp dụng trongnông nghiệp; CNSH đỏ- áp dụng trong lĩnh vực y, dược; và CNSH trắng - áp dụng trong công nghiệp.CNSH đạt được những thành tựu to lớn và có triển vọng phát triển mạnh mẽ trong những năm tới nhờ thừa hưởng được một cách tổng hợp thành tựu của các ngành khoa học cơ bản như vi sinh vật học, di truyền học, sinh hóa học, sinh lý học, sinh học phân tử, miễn dịch học, vi sinh vật học ứng dụng, công nghệ sinh hóa học…

CNSH đang phát triển trên cơ sở các kỹ thuật mới mẻ: di truyền; dung hợp tế bào; phản ứng sinh học (bao gồm kỹ thuật lên men, kỹ thuật enzym, thiết bị phản ứng sinh học); nuôi cấy mô; nuôi cấy tế bào; cấy chuyển phôi (embryotransplan-tation); cấy chuyển nhân (nucleustransplan-tation)... đang chuẩn bị cho một cuộc cách mạng sinh học trong các ngành kinh tế - kỹ thuật.

Ngày nay, trong nông nghiệp, với tiến bộ kỹ thuật nuôi cấy mô, người ta có thể sản xuất giống trong phòng thí nghiệm để đưa ra sản xuất nhanh chóng hơn nhiều lần phương pháp cổ điển, năng suất tăng lên 2.500 lần. Kỹ thuật nuôi cấy mô còn cho phép với một quy trình dài có được những sản phẩm có tính di truyền hoàn hảo như nhau cũng như để tạo ra những dòng mới.

Kỹ thuật sinh học phân tử có phạm vi ứng dụng rộng rãi, cho phép phát hiện những độc hại trong quá trình sản xuất, trong thức ăn hay hệ sinh thái. Kỹ thuật sinh học phân tử còn giúp cho việc chọn lọc ở giai đoạn rất sớm từ phôi hay mầm non của những cá thể mang những đặc tính có lợi như giới tính, sức chống chịu bệnh, sức kháng trong những điều kiện đặc biệt.

Với kỹ thuật sinh học phân tử, người ta đã sản xuất ra được chất kháng thể monoclinaux có tác dụng rất đa dạng trong việc chẩn đoán. Ứng dụng đặc biệt nổi bật của sinh học phân tử được thực hiện trong lĩnh vực chẩn đoán (bệnh dịch cây trồng và gia súc) và trong chọn giống.

Cho đến nay, cách mạng chính về CNSH là kỹ thuật di truyền (hay kỹ thuật tái tổ hợp gen). Giờ đây, người ta có thể đưa 1 gen lạ vào bất cứ bộ phận nào, chỉ cần kiểm tra "sự đồng ý" của tế bào tiếp nhận gen mới. Thành công này có ý nghĩa đặc biệt lớn lao bởi nó cho phép tách rời quy trình sinh học phức tạp thành những phần đơn giản, từ đó dễ dàng xác định được nhiệm vụ và kiểu hoạt động của từng gen, cho phép xác định được mối tương quan giữa cấu trúc với nhiệm vụ của những phân tử.

Nhờ kỹ thuật di truyền, con người có thể thiết kế và chế tạo ra những vi sinh vật, những tế bào mà trước đây chưa hề có. Những vi sinh vật nhân tạo này có thể tổng hợp ra ở quy mô công nghiệp những sản phẩm có giá trị phục vụ đắc lực cho việc bảo vệ sức khỏe và nâng cao chất lượng sống của con người.

Về trồng trọt, việc chuyển vào tế bào thực vật một gen lạ của vi khuẩn (chẳng hạn gen kháng thuốc diệt cỏ, kháng côn trùng, kháng bệnh...) sẽ khiến cho cây trồng có được những phẩm chất đặc biệt.

Mới đây Mỹ đã tạo được loại ngô kháng sâu bệnh do từng tế bào của loại ngô này đã mang gen sản sinh tinh thể diệt côn trùng của loài vi khuẩn trừ sâu Bacillus thuringiensis.

Việc tạo ra cây khoai - cà (pomato) nhờ quá trình dung hợp tế bào của cây khoai tây với tế bào của cây cà chua là một thành tựu độc đáo. Cây khoai - cà mọc ra củ khoai tây ở bộ rễ dưới đất và sinh ra quả cà chua ở trên cây. Cho đến nay gần 20 loại cây trồng đã được nghiên cứu thay đổi mật mã di truyền, trong đó thêm 20 loại cây đã đạt được những lợi ích như các nhà tạo giống mong muốn và được đưa vào sản xuất.

Đối với chăn nuôi, đã có trên 10 loài bao gồm bò, lợn, dê, cừu, thỏ, gà, cá... được chú ý nghiên cứu. Hướng nghiên cứu nhằm tạo ra được những giống gia súc và vật nuôi có sức đề kháng bệnh tật, có khả năng cải thiện đáng kể về chất lượng thịt, sữa và trứng.

Với kỹ thuật cấy ghép gen, cấy ghép hợp tử, nuôi cấy tế bào, việc chọn lọc nhân giống gia súc đã đạt được bước tiến có ý nghĩa rất quan trọng. Từ một con bò giống tốt được chọn lọc cho thụ tinh nhân tạo với một giống tốt khác sẽ tạo được hợp tử lai mang đặc tính chọn lọc cần thiết, có thể dễ dàng lấy được hợp tử này ra và vận chuyển từ nước này sang nước khác để cấy vào tử cung của các con bò địa phương bắt chúng mang thai để đẻ ra những bê con có những đặc tính ưu việt được chọn lọc.

Hơn thế nữa, người ta còn có thể tạo ra được rất nhiều phôi bằng cách tách từng tế bào ra khi hợp tử bắt đầu phân chia. Các phôi này được kiểm tra nhiễm sắc thể (để giữ lại toàn những phôi tạo ra bê cái), và bảo quản lâu dài bằng kỹ thuật đông lạnh để có thể vận chuyển đến khắp mọi nơi trên trái đất.

Kỹ thuật di truyền còn cho phép các nhà tạo giống lấy bỏ nhân từ trứng đã thụ tinh của một con bò bình thường rồi cấy thay thế vào đó nhân của tế bào một con bò có những đặc tính tốt được chọn lọc, tạo ra được trứng thụ tinh có nhân mới, sau đó, đưa trở lại trứng này vào tử cung của con bò bình thường để cho nó mang thai và đẻ ra bê con có được những đặc tính như mong muốn.

Trong một danh sách tổng kết của năm 2017, ResearchGate - mạng xã hội lớn nhất dành cho các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra 5 xu hướng CNSH được quan tâm nhất: điện sinh học - giúp tế bào có thêm phản ứng miễn dịch bẩm sinh, chống lại nhiễm trùng và thương tích; y học tái tạo - sử dụng các liệu pháp tế bào gốc, kỹ thuật mô và các cơ quan nhân tạo để hồi phục, sửa chữa hoặc thay thế các cơ quan hoặc mô bị hỏng; miễn dịch điều trị ung thư - giúp hệ thống miễn dịch của con người nhận diện và tiêu diệt tế bào ung thư; chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 - bắt chước cách mà vi khuẩn tự bảo vệ chúng khỏi virus; sắp xếp trình tự RNA đơn bào để tìm ra nhiều loại tế bào mới, chưa từng được biết đến trước đây. Có cơ sở để hy vọng rằng, CNSH sẽ đạt được những thành công mới phục vụ đắc lực lợi ích con người./.